Question

13．在一次測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，所用電源由兩節(jié)新干電池串聯(lián)組成，小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣．聰明而粗心的小剛連接了如圖甲所示的電路．

（1）同組的小明發(fā)現(xiàn)電路連接有錯(cuò)，如果閉合圖甲所示電路的開(kāi)關(guān)，電壓表的示數(shù)約為3V，電流表的示數(shù)約為0A，小燈泡的發(fā)光情況為不發(fā)光（選填“正常發(fā)光”、“亮度較暗”或“不發(fā)光”）．
（2）小明主張拆了以后重新連接，可是時(shí)間來(lái)不及了，小剛眼珠一轉(zhuǎn)，在圖甲電路中只改變了某根導(dǎo)線(xiàn)一端的接點(diǎn)位置，電路就能測(cè)量小燈泡額定功率．請(qǐng)?jiān)趫D甲中需要改動(dòng)的那條導(dǎo)線(xiàn)上打“×”，并畫(huà)出小剛改動(dòng)的導(dǎo)線(xiàn)．
（3）待改接好電路后，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到最右端（選填“左”或“右”）；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）小明同學(xué)繼續(xù)移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I-U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象可知：小燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）小姚設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案如圖丁所示（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）
①開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
②開(kāi)關(guān)S拔到位置2，保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂，則燈泡的電阻R_L=$\frac{{IR}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$（請(qǐng)你用R、I₁、I₂表示），再根據(jù)P_額=U_額²/R_L，計(jì)算燈泡的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是燈絲電阻與溫度有關(guān)（答案合理即可）．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟①改為：開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片使電流表的示數(shù)為$\frac{2.5V}{R}$．

Answer 1

分析 （1）分析電路的連接，因電壓表內(nèi)阻很大，根據(jù)分壓原理和歐姆定律確定兩表的示數(shù)及判斷燈的發(fā)光情況；
（2）測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與燈并聯(lián)，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，據(jù)此修改電路；
（3）連接電路時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大；
燈在額定電壓下才正常發(fā)光，根據(jù)圖乙電流表小量程讀數(shù)，由P=UI求燈的額定功率；
（4）由圖丙，根據(jù)通過(guò)燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI確定小燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的變化情況；
（5）根據(jù)開(kāi)關(guān)S拔到位置1和開(kāi)關(guān)S拔到位置2時(shí)，電路中三個(gè)用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，各用電器的電阻沒(méi)有改變，根據(jù)分壓原理，各用電器的電壓沒(méi)有改變，根據(jù)歐姆定律，所以在開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)R的電流始終保持不變；
S拔到位置1時(shí)，根據(jù)歐姆定律，可得燈泡兩端電壓U=I₁R，S拔到位置2時(shí)，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可得，通過(guò)燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻；
因燈泡只有在額定電壓下正常發(fā)光時(shí)的功率為額定功率；還要考慮燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

解答 解：（1）原電路中，電流表與燈并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中，因電壓表內(nèi)阻很大，根據(jù)分壓原理，電壓表示數(shù)接近電源電壓3V，根據(jù)歐姆定律，電流表示數(shù)接近0；
因電路中的電流接近為0，所以小燈泡不發(fā)光；
（2）測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與燈并聯(lián)，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，將連接燈的右接線(xiàn)柱與變阻器金屬桿的左接線(xiàn)柱間的連線(xiàn)去掉，將為燈的右接線(xiàn)柱與電壓表的負(fù)接線(xiàn)柱連接起來(lái)，如下所示：

（3）連接電路時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大，即滑片移動(dòng)到右端；
燈在額定電壓下才正常發(fā)光，此時(shí)燈的電壓為2.5V；
圖乙電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，
燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）由圖丙可知，通過(guò)燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI知，小燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大；
（5）在①中，電流表測(cè)通過(guò)R的電流，R與燈并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律，定值電阻的兩端電壓U=I₁R，
因燈與R并聯(lián)，所以燈的電壓為I₁R，
而開(kāi)關(guān)S由位置1拔到位置2時(shí)，電路中三個(gè)元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，所以此時(shí)燈泡兩端電壓仍然為U，只是電流表測(cè)R與燈的總電流；因L與R并聯(lián)，通過(guò)R的電流保持不變，
根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的電流I=I₂-I₁；
則燈泡電阻R_L=$\frac{{IR}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；
由于電流的熱效應(yīng)，當(dāng)燈泡發(fā)光時(shí)，燈絲的電阻會(huì)隨溫度升高而變大；當(dāng)燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時(shí)，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時(shí)電阻，從而求出的功率就不是額定功率；
所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{2.5V}{R}$，此時(shí)R的電壓為2.5V，燈電壓為為2.5V，燈才能正常發(fā)光．
故答案為：（1）3；   0；  不發(fā)光；
（2）如上圖所示：
（3）右；  0.75；
（4）增大；
（5）②R_L=$\frac{{IR}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；燈絲電阻與溫度有關(guān)（答案合理即可）；移動(dòng)滑片使電流表的示數(shù)為$\frac{2.5V}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡額定功率，考查常見(jiàn)錯(cuò)誤現(xiàn)象的分析、操作過(guò)程、影響電阻的因素及在沒(méi)有電壓表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)額定功率的能力，綜合性強(qiáng)，難度較大．